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Es wird eine oberflächenmontierbares, optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
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Optoelektronische Bauteile wie etwa Leuchtdioden, Lumineszenzdioden oder Laserdioden haben eine breite technische Anwendung gefunden. Einige Gesichtspunkte, die der Verbreitung solcher Bauteile Vorschub leisteten, sind etwa deren hohe Effizienz und Widerstandsfähigkeit gegen äußere Belastungen sowie Umwelteinflüsse. Beispielsweise können optoelektronische Bauteile etwa Feuchtigkeit und Wärme gut widerstehen und sind auch bei geeigneter Bauart widerstandsfähig gegen mechanische Beanspruchungen. Neben hoher Effizienz weisen optoelektronische Bauteile auch eine hohe Lebensdauer, eine kompakte Bauweise und vielfältige Ausgestaltungsmöglichkeiten auf und sind außerdem zu vergleichsweise geringen Fertigungskosten herstellbar. Entscheidend für eine Vielzahl eben genannter Eigenschaften ist oft die Hausung des optoelektronischen Bauteils, auf die daher im Regelfall besonderer Wert zu legen ist.
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Die Druckschriften
US 2008 / 0 123 337 A1 ,
US 2008 / 0 169 540 A1 und
JP 2007-281 260 A betreffen LED-Bauteile mit einem Abschirmkörper in einer Ausnehmung, in der ein LED-Chip angebracht ist.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil anzugeben, dessen Hausung eine hohe Wärmeableitfähigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das optoelektronische Halbleiterbauteil ist oberflächenmontierbar. Das bedeutet, das Halbleiterbauteil kann auf einem externen Träger aufgebracht werden, ohne dass Teile des Halbleiterbauteils den Träger beziehungsweise dessen Begrenzungsflächen durchdringen. Beispielsweise kann das Halbleiterbauteil mittels Surface Mount Technology, kurz SMT, auf einem nicht zum Halbleiterbauteil gehörigen Träger, etwa einer Leiterplatte, aufgebracht werden.
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Das Halbleiterbauteil weist eine Montagefläche an einer Bauteilunterseite auf. Die Bauteilunterseite ist hierbei diejenige Seite des Halbleiterbauteils, die einen externen, nicht zum Halbleiterbauteil gehörigen Träger, auf dem das Halbleiterbauteil montiert werden kann, zugewandt ist. Die Montagefläche stellt mindestens einen Teil der Bauteilunterseite dar. Die Montagefläche wird mindestens zum Teil durch Begrenzungsflächen des Halbleiterbauteils gebildet, die direkt auf einem externen Träger angebracht sein können. „Direkt angebracht“ kann hierbei bedeuten, dass die betreffenden Teile der Montageflächen etwa über ein Verbindungsmittel, wie ein metallisches Lot oder ein Kleber, mit dem externen Träger verbunden sind und sich, neben dem Verbindungsmittel, keine weiteren Komponenten zwischen dem externen Träger und dem Halbleiterbauteil befinden. Die Verbindung kann mechanisch und/oder elektrisch ausgestaltet sein.
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Das Halbleiterbauteil weist einen Gehäusegrundkörper auf. Der Gehäusegrundkörper ist bevorzugt einstückig ausgestaltet. Es ist möglich, dass der Gehäusegrundkörper über ein Spritz-, Gieß- oder Pressverfahren hergestellt ist. Der Gehäusegrundkörper ist mechanisch selbsttragend.
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Der Gehäusegrundkörper weist eine Ausnehmung auf. Der Gehäusegrundkörper umläuft hierbei die Ausnehmung. Das heißt, in einer lateralen Richtung ist die Ausnehmung rundherum vom Gehäusegrundkörper umgeben. In einer Richtung senkrecht zur lateralen Ausdehnung des Gehäusegrundkörpers kann die Ausnehmung den Gehäusegrundkörper vollständig durchdringen. Mit anderen Worten ist durch die Ausnehmung eine Öffnung sowohl an einer Gehäusegrundfläche des Gehäusegrundkörpers als auch an einer der Gehäusegrundfläche gegenüberliegenden Gehäusedeckfläche gebildet.
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Das Halbleiterbauteil umfasst mindestens zwei elektrische Anschlussstücke. Die elektrischen Anschlussstücke sind mit einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem Metall oder einer Metalllegierung, gebildet. Die elektrischen Anschlussstücke bilden mindestens einen Teil der Montagefläche. Die die Montagefläche bildenden Teile der Anschlussstücke sind bevorzugt planar ausgestaltet.
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Die Montagefläche wird zum Teil durch den Gehäusegrundkörper und zum Teil durch die elektrischen Anschlussstücke gebildet. Es ist möglich, dass die Gehäusegrundfläche und eine Anschlussstückunterseite im Wesentlichen, also im Rahmen der Herstellungstoleranzen, in einer Ebene liegen und gemeinsam die Montagefläche darstellen. Ein direktes Aufbringen des Halbleiterbauteils auf einem externen, nicht zum Halbleiterbauteil gehörigen Träger erfolgt zum Beispiel nur über Löten über die Anschlussstücke.
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Die Anschlussstücke überragen den Gehäusegrundkörper lateral nicht. Das heißt, an keiner Stelle des Halbleiterbauteils ragen die Anschlussstücke in einer lateralen Richtung über den Gehäusegrundkörper hinaus. „In lateraler Richtung“ bedeutet insbesondere in einer Richtung parallel zur Montagefläche.
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Die Ausnehmung reicht bis zu den Anschlussstücken. Das heißt, die elektrischen Anschlussstücke sind sowohl, mindestens stellenweise, von der Montagefläche des Halbleiterbauteils her als auch von einer der Montagefläche abgewandten Seite des Halbleiterbauteils frei zugänglich und somit nicht vom Gehäusegrundkörper bedeckt.
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Das Halbleiterbauteil umfasst mindestens einen strahlungsemittierenden optoelektronischen Halbleiterchip. Der Halbleiterchip kann zum Beispiel als Dünnfilmchip oder als substratloser Halbleiterchip ausgeformt sein, wie in den Druckschriften
WO 2005/081319 A1 und
DE 10 2007 004 304 A1 . Bevorzugt beträgt die Dicke des Halbleiterchips weniger als 200 µm, insbesondere weniger als 50 µm.
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Bevorzugt emittiert der optoelektronische Halbleiterchip im Betrieb Strahlung im nahen ultravioletten beziehungsweise sichtbaren Spektralbereich, also zwischen 350 nm und 780 nm, oder im nahinfraroten Spektralbereich zwischen 800 nm und 1,1 µm.
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Der Halbleiterchip befindet sich in der Ausnehmung und ist über die Anschlussstücke elektrisch kontaktiert. Des Weiteren ist der Halbleiterchip auf mindestens einem Anschlussstück aufgebracht. Der Halbleiterchip kann aufgelötet oder aufgeklebt sein. Handelt es sich um einen Flip-Chip, so ist der Halbleiterchip bevorzugt, jeweils zum Teil, auf beiden Anschlussstücken angebracht. Befinden sich die elektrischen Kontakte des Halbleiterchips an einer Lichtdurchtrittsfläche und einer der Lichtdurchtrittsfläche gegenüberliegenden Hauptseite des Halbleiterchips, so ist der Halbleiterchip bevorzugt auf nur einem Anschlussstück aufgebracht. Die elektrische Kontaktierung zum zweiten Anschlussstück erfolgt etwa über einen Bonddraht.
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Das Halbleiterbauteil umfasst einen Abschirmkörper, der sich zwischen dem Halbleiterchip und dem Gehäusegrundkörper befindet. Das heißt, bezüglich einer direkten Verbindungslinie zwischen Halbleiterchip und Gehäusegrundkörper ist diese Verbindungslinie vom Abschirmkörper unterbrochen. Dies ist, bezüglich einer dem Halbleiterchip zugewandten Begrenzungsfläche des Grundkörpers mindestens stellenweise, bevorzugt bezüglich der gesamten dem Halbleiterchip zugewandten Begrenzungsfläche des Gehäusegrundkörpers der Fall.
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Der Abschirmkörper schirmt eine vom Halbleiterchip emittierte Strahlung vom Gehäusegrundkörper ab. Das heißt, mindestens ein Teil der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung kann nicht auf direktem Wege zu einer dem Halbleiterchip zugewandten Begrenzungsfläche des Gehäusegrundkörpers gelangen. Die Strahlung kann vom Abschirmkörper absorbiert, konvertiert oder reflektiert werden.
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Das oberflächenmontierbare, optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst somit eine Montagefläche an einer Bauteilunterseite, einen um eine Ausnehmung umlaufenden Gehäusegrundkörper, der einen Teil der Montagefläche bildet, und mindestens zwei elektrische Anschlussstücke, die ebenfalls einen Teil der Montagefläche bilden und die den Gehäusegrundkörper lateral nicht überragen. Die Ausnehmung reicht hierbei bis zu den Anschlussstücken. Des Weiteren umfasst das Halbleiterbauteil mindestens einen strahlungsemittierenden, optoelektronischen Halbleiterchip, der sich in der Ausnehmung befindet und über die Anschlussstücke elektrisch kontaktiert und auf mindestens einem Anschlussstück aufgebracht ist. Außerdem weist das Halbleiterbauteil mindestens einen Abschirmkörper auf, der sich zwischen dem Halbleiterchip und dem Gehäusegrundkörper befindet, wobei der Abschirmkörper eine vom Halbleiterchip emittierte Strahlung vom Gehäusegrundkörper abschirmt.
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Bei einem solchen Halbleiterbauteil, bei dem der Halbleiterchip auf Anschlussstücken aufgebracht ist, die gleichzeitig einen Teil der Montagefläche ausbilden, ist der thermische Widerstand zur Ableitung von Wärme, die im Betrieb des Halbleiterchips entsteht, nur gering.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper mit einem für die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung undurchlässigen Material gestaltet. Das heißt, höchstens 1 %, insbesondere höchstens 0,1 % der auf den Abschirmkörper auftreffenden Strahlung, die vom Halbleiterchip emittiert wird, werden vom Abschirmkörper transmittiert. Durch einen solchen Abschirmkörper wird der Gehäusegrundkörper vor der Strahlung des Halbleiterchips geschützt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist mindestens 80 % der dem Halbleiterchip zugewandten Fläche des Gehäusegrundkörpers vom Abschirmkörper abgeschirmt. Mit anderen Worten ist höchstens ein Fünftel der dem Halbleiterchip zugewandten Begrenzungsfläche des Gehäusegrundkörpers direkt der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung ausgesetzt. Bevorzugt beträgt der der Strahlung ausgesetzte Anteil der Begrenzungsfläche höchstens 10 %, insbesondere höchstens 5 %. Durch einen solchen Abschirmkörper ist der Gehäusegrundkörper vor dem Einfluss der Strahlung gut geschützt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Anschlusskörper elektrisch von den Anschlussstellen isoliert. Insbesondere sind die Anschlussstellen und der Abschirmkörper mehrstückig ausgestaltet. Durch eine elektrische Isolation zwischen Abschirmkörper und Anschlussstellen sind elektrische Kurzschlüsse verhindert, die durch einen beispielsweise elektrisch leitfähig ausgestalteten Abschirmkörper herrühren könnten.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper mit einem Metall gestaltet. Metall ist für vom mindestens einen Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung undurchlässig und gleichzeitig für diese reflektierend, insbesondere im sichtbaren Spektralbereich und im nahen UV.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper undurchlässig für ultraviolette Strahlung. Das heißt, Strahlung im Spektralbereich von 200 nm bis 400 nm wird durch den Abschirmkörper höchstens zu 5 %, insbesondere höchstens zu 0,5 % transmittiert.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils gelangen höchstens 10 % der vom Halbleiterchip emittierten Strahlungsleistung auf direktem Wege, das heißt ohne Lichtstreuung, zum Gehäusegrundkörper. Bevorzugt beträgt dieser Anteil der Strahlungsleistung höchstens 5 %, insbesondere höchstens 0,5 %. Durch eine derartige Ausgestaltung des Abschirmkörpers wird der Gehäusegrundkörper effizient vor der Strahlung geschützt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper als Folie gestaltet. Die Folie ist zum Beispiel mit einem Kunststoff, einem Metall, einem Silikon, einem Epoxid oder einem Hybridmaterial gebildet. Folien weisen nur eine geringe Dicke, insbesondere von weniger als 150 µm oder weniger als 100 µm, auf und lassen sich leicht verarbeiten.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper beispielsweise mit einer Silikonfolie gestaltet. Die Folie weist eine Dicke von höchstens 150 µm, bevorzugt von höchstens 100 µm auf. Silikon stellt ein Material dar, das gegen ultraviolette Strahlung beständig ist. Es ist möglich, dass der Folie Strahlung absorbierende Partikel, etwa Rußpartikel, beigegeben sind. Durch eine geringe Dicke der Folie ist ein kompaktes Halbleiterbauteil erzielbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils überdeckt der Abschirmkörper mindestens einen Halbleiterchip, wobei der Abschirmkörper für mindestens einen Teil der vom Halbleiterchip im Betrieb emittierten Strahlung mindestens stellenweise durchlässig ist. Bevorzugt ist der Abschirmkörper an denjenigen Stellen zumindest teilweise strahlungsdurchlässig, die den Halbleiterchip überdecken. Eine solche Folie ist effizient aufzubringen. Da der Abschirmkörper den Halbleiterchip überdeckt, bietet der Abschirmkörper dem Halbleiterchip gleichzeitig Schutz.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils, bei dem dieser den Halbleiterchip überdeckt, schirmt der Abschirmkörper den Gehäusegrundkörper über Totalreflexion ab. Das heißt, der Abschirmkörper ist mindestens auf denjenigen Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers aufgebracht, die die Begrenzungsflächen der Ausnehmung bilden. Die Ausnehmung ist hierbei beispielsweise in Form eines Kegel- oder eines Pyramidenstumpfes ausgestaltet, wobei die imaginäre Spitze des Stumpfes über die Lichtdurchtrittsfläche hinaus in Richtung zur Montagefläche weist. Die die Ausnehmung bildenden Begrenzungsflächen weisen also einen Winkel kleiner 90° bezüglich der Montagefläche auf. Der Winkel ist so gewählt, dass vom Halbleiterchip emittierte Strahlung, die direkt zum Abschirmkörper gelangt, an den schrägen, vom Abschirmkörper bedeckten Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers mindestens zum Teil, bevorzugt zu mindestens 80 %, insbesondere zu mindestens 95 % totalreflektiert wird. Da bei der Totalreflexion das elektrische Feld der Strahlung in Form einer evaneszenten Welle in den totalreflektierenden Körper bis in eine gewisse Tiefe eindringt, ist auf den schrägen Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers der Abschirmkörper erforderlich, um trotz der Totalreflexion etwa eine Zerstörung des Gehäusegrundkörpers durch die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung zu verhindern.
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Der Abschirmkörper ist bevorzugt einstückig ausgestaltet. Der Abschirmkörper ist ein Ring, der in den Gehäusegrundkörper eingelegt oder eingepresst wird. Ein solcher Abschirmkörper ist effizient herzustellen und bietet einen guten Strahlungsschutz.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ragen die Anschlussstücke in einer Richtung senkrecht zur Montageseite über den Gehäusegrundkörper hinaus. Dies erleichtert eine Montage des Halbleiterbauteils an einem externen, nicht zum Halbleiterbauteil gehörigen Träger.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Gehäusegrundkörper mit einem Material, insbesondere einem Epoxid gestaltet, das durch die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung zerstörbar ist. Das bedeutet, ist das Material des Gehäusegrundkörpers direkt der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung ausgesetzt, so wird das Material des Gehäusegrundkörpers aufgrund von Fotoschäden oder thermischen Schäden zerstört.
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Durch die Verwendung eines solchen Materials ist prinzipiell die Lebensdauer des Halbleiterbauteils reduziert. Allerdings sind Materialien, die insbesondere eine hohe Beständigkeit gegen ultraviolette Strahlung aufweisen, meist teuer und weisen nachteilige mechanische Eigenschaften auf. Als Gehäusegrundkörper finden beispielsweise Silikone Verwendung. Silikone sind in der Regel weich und bieten dem Halbleiterbauteil daher nur eingeschränkt mechanischen Schutz. Außerdem weisen Silikone ein geringes Haftungsvermögen beispielsweise an Metallen, und somit an den Anschlussstücken, auf. Durch die Verwendung eines insbesondere Ultraviolett-unbeständigen Materials, wie einem Epoxid, senken sich die Kosten für die Herstellung des Halbleiterbauteils und erweitern sich die Ausgestaltungsmöglichkeiten des Halbleiterbauteils, insbesondere im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften des Gehäusegrundkörpers.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils emittiert der mindestens eine Halbleiterchip Strahlung in ultravioletten oder im blauen Spektralbereich, also insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 340 nm und 480 nm. Für kurzwellige Strahlung weisen viele Materialien eine erhöhte Anfälligkeit bezüglich Fotoschäden auf. Andererseits kann eine Strahlung in diesem Wellenlängenbereich, beispielsweise über ein Konversionsmittel, das dem Halbleiterchip nachgeordnet ist, in sichtbares weißes Licht konvertiert werden. Hierdurch erhöhen sich die Einsatzmöglichkeiten des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils emittiert dieses weißes Licht. Das weiße Licht kann durch Konversion der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung mit einem Konversionsmittel, das das Halbleiterbauteil umfasst, realisiert werden. Ebenso ist es möglich, dass das Halbleiterbauteil mehrere verschiedenfarbig abstrahlende Halbleiterchips aufweist. Insbesondere kann das Halbleiterbauteil rot abstrahlende, grün abstrahlende und blau abstrahlende Halbleiterchips beinhalten.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils durchdringen die Anschlussstellen den Gehäusegrundkörper an dessen lateralen Begrenzungsflächen nicht. Hierdurch ist gewährleistet, dass in lateraler Richtung keine Kurzschlüsse durch die Anschlussstellen auftreten können. Dies gilt insbesondere, falls mehrere Halbleiterbauteile dicht auf einem externen, nicht zum Halbleiterbauteil gehörigen Träger gepackt sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils sind dessen laterale Begrenzungsflächen durch den Gehäusegrundkörper gebildet. Das heißt, die lateralen Begrenzungsflächen sind ausschließlich Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers. Eine solche Ausgestaltung des Gehäusegrundkörpers verbessert die mechanischen Eigenschaften des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils deckt der Abschirmkörper eine der Montagefläche abgewandte Seite des Grundkörpers. Der Abschirmkörper kann diese Seite vollständig oder teilweise bedecken. Durch eine solche Ausgestaltung des Abschirmkörpers wird verhindert, dass vom Halbleiterchip emittierte Strahlung, die gestreut wird, auf diese Seite des Grundkörpers trifft und den Grundkörper somit schädigen könnte.
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Die Anschlussstückunterseite nimmt einen Großteil der Montagefläche ein. Das heißt, die Montagefläche ist zu mindestens 75 %, insbesondere zu mindestens 80 %, durch die Anschlussstückunterseiten gebildet. Durch eine solche Gestaltung der Anschlussstücke ist ein guter thermischer Kontakt zu einem externen, nicht zum Halbleiterbauteil gehörigen Träger realisiert, insbesondere falls das Halbleiterbauteil laterale Abmessungen von mindestens 2 mm aufweist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils beinhaltet der Abschirmkörper zumindest eine Beimengung in Form eines Absorptionsmittels, eines Reflexionsmittels, eines Diffusionsmittels oder eines Konversionsmittels. Die Beimengung kann dem Material des Abschirmkörpers beigegeben sein und in einer homogenen Verteilung im Abschirmkörper vorliegen. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die Beimengung in Form mindestens einer Beschichtung auf dem Abschirmkörper aufgebracht ist. Durch die Verwendung einer Beimengung erhöhen sich die Ausgestaltungsmöglichkeiten des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die mindestens eine Beimengung inhomogen im Abschirmkörper verteilt. Beispielsweise sind Bereiche des Abschirmkörpers frei von einer Beimengung. Durch eine inhomogene Verteilung der mindestens einen Beimengung lassen sich etwa die optischen Eigenschaften des Abschirmkörpers stellenweise gezielt einstellen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses eine Abdeckplatte. Durch die Verwendung einer Abdeckplatte wird das Halbleiterbauteil mechanisch geschützt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Abdeckplatte mechanisch mit dem Abschirmkörper verbunden, wobei die Abdeckplatte nicht in direktem Kontakt zum Gehäusegrundkörper steht. Durch eine geeignete Materialwahl von Abschirmkörper und Abdeckplatte kann eine gute mechanische Verbindung zwischen Abschirmkörper und Abdeckplatte realisiert sein. Steht die Abdeckplatte nicht in direktem Kontakt zum Gehäusegrundkörper, so sind die mechanischen Belastungen auf den Gehäusegrundkörper reduziert. Auch thermische Belastungen, beispielsweise über unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, lassen sich herabsetzen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist die Abdeckplatte als optisches Element ausgeformt und/oder umfasst die Abdeckplatte mindestens eine optisch wirksame Beschichtung oder Beimengung. Die Abdeckplatte kann also beispielsweise eine Antireflexbeschichtung beinhalten oder ein Konversionsmittel aufweisen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist der Halbleiterchip und/oder der Abschirmkörper und/oder die Abdeckplatte und/oder der Gehäusegrundkörper eine Strukturierung auf. Die Strukturierung kann beispielsweise zur Verbesserung der mechanischen Kontaktierbarkeit zwischen verschiedenen Komponenten des Halbleiterbauteils oder zur Verbesserung der optischen Eigenschaften, insbesondere zur Verbesserung der Lichtauskopplung, dienen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist von der Abdeckplatte und dem Abschirmkörper und/oder dem mindestens einen Anschlussstück ein Hohlraum gebildet. Die Abdeckplatte ist bevorzugt mit einem Glas gestaltet. Gläser sind kostengünstig und weisen, insbesondere gegenüber Verkratzen, einen guten mechanischen Schutz auf. Außerdem können Gläser transparent für Strahlung im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils weist der Abschirmkörper bezüglich dem Gehäusegrundkörper mindestens eine Hinterschneidung auf. Die Hinterschneidung dient dazu, um eine gute mechanische Verbindung zwischen dem Gehäusegrundkörper und dem Abschirmkörper zu gewährleisten. Insbesondere falls der Gehäusegrundkörper über ein Anspritzen an den Abschirmkörper erstellt ist, kann über eine Hinterschneidung eine permanente, stabile mechanische Verbindung gewährleistet sein. Bevorzugt weist ebenso mindestens ein Anschlussstück eine Hinterschneidung auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils umfasst dieses einen Vergusskörper, der die Ausnehmung mindestens teilweise ausfüllt. Ein solcher Vergusskörper kann aus einem Silikon gebildet sein. Dem Vergusskörper können Beimengungen, beispielsweise zur Konversion der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung, beigegeben sein. Der Vergusskörper kann, ebenso wie Abschirmkörper und Abdeckplatte, als optisches Element ausgestaltet sein. Der Vergusskörper kann also etwa eine Linse, ein Mikrolinsenarray oder eine Fresnel-Linse darstellen. Durch eine solche Ausgestaltung des Vergusskörpers verbessern sich die optischen und spektralen Eigenschaften des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils, bei dem dieses einen Vergusskörper umfasst, liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient des Materials des Abschirmkörpers zwischen dem des Materials des Halbleiterchips und dem des Materials des Vergusskörpers. Der Abschirmkörper kann hierbei insbesondere den Halbleiterchip überdecken und als Folie ausgestaltet sein. Durch eine solche Materialauswahl können thermische Spannungen, die zwischen Vergusskörper und Halbleiterchip auftreten, reduziert werden. Dies erhöht die Lebensdauer des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauteils ist der Abschirmkörper eine Silikonfolie, die in vorvernetztem Zustand mindestens auf dem Gehäusegrundkörper aufgebracht ist. Silikon weist vergleichsweise schlechte Haftungseigenschaften auf Materialien wie beispielsweise Epoxiden auf. Wird die Folie in vorvernetztem Zustand, also in einem Zustand, in dem noch nicht alle chemischen Bindungen der Silikonmatrix abgesättigt sind, aufgebracht und erfolgt die vollständige Vernetzung über einen thermischen oder Licht induzierten Prozess nach dem Aufbringen, so verbessern sich die Haftungseigenschaft des Silikons. Dies führt zu einer Erhöhung der Lebensdauer des Halbleiterbauteils.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils umfasst dieses mindestens einen Hochleistungs-Halbleiterchip. Das heißt, die elektrische Leistungsaufnahme des Halbleiterchips beträgt mindestens 400 mW und/oder die optische Leistung der vom Halbleiterchip emittierten Strahlung beträgt mindestens 150 mW. Durch die Verwendung von Hochleistungshalbleiterchips kann eine kompakte und intensive Lichtquelle realisiert werden.
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Einige Anwendungsbereiche, in denen hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile Verwendung finden können, sind etwa die Hinterleuchtungen von Displays oder Anzeigeeinrichtungen. Weiterhin können die hier beschriebenen optoelektronischen Bauteile auch in Beleuchtungseinrichtungen zu Projektionszwecken, in Scheinwerfern oder Lichtstrahlern oder in Leuchtmitteln zu Zwecken der Allgemeinbeleuchtung eingesetzt werden.
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Nachfolgend ist ein hier beschriebenes Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung (A) und schematische dreidimensionale Darstellungen (B, C) eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauteils,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung (A) und eine schematische dreidimensionale Darstellung (B) eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Bauteils mit einem ringförmigen Abschirmkörper,
- 3 schematische Schnittdarstellungen von nicht erfindungsgemäßen, die Erfindung illustrierenden Beispielen eines Bauteils mit einem folienförmigen Abschirmkörper, und
- 4 schematische dreidimensionale Darstellungen von nicht erfindungsgemäßen, die Erfindung illustrierenden Beispielen von Halbleiterbauteilen mit einem Abschirmkörper, der einstückig mit den Anschlussstücken ist.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines oberflächenmontierbaren, optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Ein Halbleiterchip 3 mit einer Lichtdurchtrittsfläche 30 ist auf einer Anschlussstückoberseite 21 eines Anschlussstücks 2a aufgebracht, wobei die Lichtdurchtrittsfläche 30 dem Anschlussstück 2a abgewandt ist. Der Anschlussstückoberseite 21 liegt eine Anschlussstückunterseite 20 gegenüber. In einer lateralen Richtung, also in einer Richtung parallel zur Anschlussstückunterseite 20, ist das Anschlussstück 2a, und ebenfalls ein Anschlussstück 2b, von einem Gehäusegrundkörper 4 umgeben. Eine Gehäusegrundfläche 40 bildet zusammen mit der Anschlussstückunterseite 20 eine Montagefläche 10 des Halbleiterbauteils 1. Der Gehäusegrundkörper 4 ist einstückig ausgeführt. Die Anschlussstücke 2a, 2b weisen jeweils eine Hinterschneidung 7 auf. Über die Hinterschneidung 7, die als simsartiger Vorsprung gestaltet ist, ist ein guter mechanischer Kontakt zwischen den Anschlussstücken 2a, 2b und dem Gehäusegrundkörper 4 gewährleistet.
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Im Grundkörper 4 befindet sich eine Ausnehmung 9. Die Ausnehmung 9 reicht von einer Gehäusedeckfläche 41 bis zur Anschlussstückoberseite 21. Die Ausnehmung 9 ist quaderförmig. In die Ausnehmung 9 ist ein rahmenförmiger, metallischer Abschirmkörper 5 eingepresst. Der Abschirmkörper 5 ragt in eine Richtung senkrecht zur Lichtdurchtrittsfläche 30 über die Gehäusedeckfläche 41 hinaus. Zwischen dem Abschirmkörper 5 und den Anschlussstücken 2a, 2b befindet sich ein schmaler, umlaufender, simsartiger Streifen 43 des Gehäusegrundkörpers 4. Über diesen Streifen 43 ist der Abschirmkörper 5 von den Anschlussstücken 2a, 2b elektrisch isoliert.
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Die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips 3 erfolgt einerseits über das Anschlussstück 2, auf dem der Halbleiterchip 3 direkt aufgebracht ist, beispielsweise über Löten oder Kleben, und über einen nicht gezeichneten Bonddraht von der Lichtdurchtrittsfläche 30 zum Anschlussstück 2b.
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Wie in 1B in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung zu sehen ist, sind die Anschlussstücke 2a, 2b durch einen weiteren Streifen 44 des Gehäusegrundkörpers 4 voneinander elektrisch isoliert. An der Lichtdurchtrittsfläche 30 ist eine streifenartig strukturierte, metallische Kontaktfläche 31 aufgebracht, die eine gleichmäßige Stromeinprägung in den Halbleiterchip 3 gewährleistet.
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Eine laterale Begrenzungsfläche 11 des Halbleiterbauteils ist vollständig von einer Gehäuseseitenfläche 42 gebildet. Das heißt, die laterale Ausdehnung des Halbleiterbauteils 1 ist vom Gehäusegrundkörper 4 bestimmt. Der Gehäusegrundkörper 4 beziehungsweise das Halbleiterbauteil 1 weist einen rechteckigen Grundriss auf. Die Montageseite 10, gebildet durch die Anschlussstückunterseite 20 und die Gehäusegrundfläche 40, ist planar ausgestaltet.
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Optional, wie in den 1A und 1C zu sehen ist, ist an der der Montageseite 10 abgewandten Seite des Abschirmkörpers 5 eine Abdeckplatte 6 aufgebracht. Die Abdeckplatte 6 ist mechanisch fest mit dem Abschirmkörper 5 verbunden und von der Gehäusedeckfläche 41 beabstandet. Die Abdeckplatte 6 kann mit einem Glas gebildet sein. Ebenso kann der Halbleiterchip 3 optional ein nicht gezeichnetes Konversionsmittel umfassen. Ebenso ist es möglich, dass das Halbleiterbauteil 1 mehrere Halbleiterchips 3 beinhaltet.
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Durch den Abschirmkörper 5 ist verhindert, dass vom Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung auf den Gehäusegrundkörper 4 trifft. Da nur ein geringer Teil der Strahlung vom Halbleiterchip 3 in Richtung parallel zur Lichtdurchtrittsfläche 30 emittiert wird, sind die Streifen 43, 44 des Grundkörpers 4 nur einer sehr geringen Strahlungsmenge ausgesetzt.
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Sowohl Anschlussstück 2a, 2b als auch eine Innenfläche 50 des Abschirmkörpers 5 sind reflektierend für die vom Halbleiterchip 3 erzeugte oder gegebenenfalls in eine Strahlung einer anderen Frequenz konvertierte Strahlung reflektierend ausgestaltet.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Der Abschirmkörper 5 ist ringartig ausgestaltet und weist eine umlaufende Hinterschneidung 7 auf, über die der Abschirmkörper 5, beispielsweise über ein Spritz- oder ein Gießverfahren, stabil und permanent mit dem Gehäusegrundkörper 4 verbunden ist. Die dem Halbleiterchip 3 zugewandte Innenfläche 50 des Abschirmkörpers 5 ist schräg angeordnet. Das heißt, der der Montageseite 10 zugewandte Bereich des Abschirmkörpers 5 weist eine größere Breite auf als der der Montageseite 10 abgewandte Teil.
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An der Innenfläche 50 des Abschirmkörpers 5 kann optional eine nicht gezeichnete reflektierende Beschichtung oder eine Aufrauung angebracht sein. Zusammen mit den Anschlussstücken 2a, 2b bildet der Abschirmkörper 5 einen Reflektor für vom Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung. Der Abschirmkörper 5 ist mit einem thermoplastischen, gegenüber ultravioletter Strahlung beständigen Kunststoff gestaltet. An der der Montageseite 10 abgewandten Seite des Bauteils 1 schließt der Abschirmkörper 5 bündig mit der Gehäusedeckfläche 41 ab.
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Weist der Abschirmkörper 5 eine Beschichtung auf, so kann die Beschichtung aufgebracht werden, bevor die einzelnen Bestandteile des Halbleiterbauteils 1 zusammengefügt werden. Dies vereinfacht das Aufbringen der Beschichtung, insbesondere entfällt eine Schutzschicht über den nicht zu beschichtenden Stellen der Anschlussstücke 2a, 2b und des Halbleiterchips 3.
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Die Abschirmkörper 5 gemäß den 1 und 2 sind jeweils einstückig ausgeführt und separat von den weiteren Komponenten des Halbleiterbauteils 1 gefertigt.
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In 3A ist ein Halbleiterbauteil 1 ohne einen Abschirmkörper 5 illustriert. In der Ausnehmung 9 ist ein Vergusskörper 8 eingebracht. Der Vergusskörper 8 umgibt den Halbleiterchip 3 formschlüssig an allen Seiten, bis auf eine der Montageseite 10 zugewandten Seite des Halbleiterchips 3. Dem Vergusskörper 8 kann eine Beimengung, beispielsweise in Form eines Filter-, Diffusions- oder Konversionsmittels, beigegeben sein. Ebenso ist es möglich, dass der Vergusskörper 8 linsenartige Formgebungen aufweist.
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Die vom Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung R ist durch Pfeil-Linien symbolisiert. Die Strahlung R trifft direkt oder gestreut mindestens zum Teil auf Begrenzungsflächen des Grundkörpers 4, die die Ausnehmung 9 bilden. Ist der Grundkörper 4 mit einem Epoxid gestaltet und liegt die Strahlung R im ultravioletten oder blauen Spektralbereich, so kann die Strahlung R das Material des Gehäusegrundkörpers 4 fotochemisch zerstören. Dies führt zu einer verkürzten Lebensdauer des Halbleiterbauteils 1.
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In 3B ist dargestellt, dass die der Strahlung R ausgesetzten Begrenzungsflächen sowie die Gehäusedeckfläche 41 von einem als Folie ausgestalteten Abschirmkörper 5 bedeckt sind. Die vom Abschirmkörper 5 bedeckten Flächen des Gehäusegrundkörpers 4 sind somit vor der Strahlung R geschützt. Der Abschirmkörper 5 ist mit einer Silikonfolie gestaltet. Die Dicke der Silikonfolie beträgt zirka 70 µm. Die Silikonfolie wird aufgebracht, nachdem der Gehäusegrundkörper 4 mit den Anschlussstücken 2 vergossen ist. Anschließend wird, beispielsweise über ein Laserverfahren, an der Stelle, an der der Halbleiterchip 3 und gegebenenfalls ein nicht gezeichneter Bonddraht aufgebracht werden soll, die den Abschirmkörper 5 bildende Folie entfernt. Anschließend wird der Halbleiterchip 3 auf mindestens einem Anschlussstück 2 aufgebracht. Abschließend wird der Vergusskörper 8 erstellt.
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Eine alternative Ausgestaltung des Abschirmkörpers 5a, 5b ist in 3C gezeigt. Der Abschirmkörper 5a, 5b ist, wie gemäß 3B, mit einer Silikonfolie gestaltet. Der Abschirmkörper 5a ist an den Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers 4 aufgebracht, die die Ausnehmung 9 bilden, sowie an der Gehäusedeckfläche 41. Der Abdeckkörper 5a wirkt reflektierend für die vom Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung R, beispielsweise über der Silikonfolie beigegebene TiO2-Partikel.
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Über der Lichtdurchtrittsfläche 30 sowie über der Anschlussstückoberseite 21 ist der Abschirmkörper 5b aufgebracht. Der Abschirmkörper 5b ist durchlässig für die vom Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung R. Durch den Abschirmkörper 5b sind im Betrieb des Halbleiterchips 3 entstehende thermische Spannungen zwischen dem Vergusskörper 8 und dem Halbleiterchip 3 vermindert.
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Die Abschirmkörper 5a, 5b können zweistückig ausgeführt sein. In diesem Falle werden die Abschirmkörper 5a, 5b in verschiedenen Verfahrensschritten aufgebracht. Alternativ kann eine durchgehende Folie als Abschirmkörper 5a, 5b verwendet werden. Die Folie ist in diesem Falle durchlässig für die Strahlung R. An den die Ausnehmung 9 bildenden Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers 4 kann die Strahlung R über Totalreflexion vom Gehäusegrundkörper 4 abgeschirmt sein. Alternativ ist es möglich, auf den Abschirmkörper 5a anschließend eine reflektierende, absorbierende oder konvertierende Beschichtung aufzubringen.
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In 4 ist ein Halbleiterbauteil 1 illustriert, bei dem der Abschirmkörper 5 einstückig mit den Anschlussstücken 2a, 2b ausgeführt ist. Die Anschlussstücke 2a, 2b sind über einen Biegeprozess oder einen Prägeprozess so geformt, dass die Anschlussstücke 2a, 2b die die Ausnehmung 9 bildenden Begrenzungsflächen des Gehäusegrundkörpers 4 bedecken und vor vom Halbleiterchip 3 emittierter Strahlung schützen. Die Anschlussstücke 2a, 2b beziehungsweise der Abschirmkörper 5 wirken reflektierend für die vom Halbleiterchip 3 emittierte Strahlung. Die Dicke der Anschlussstücke 2a, 2b beträgt zirka 50 µm bis 300 µm, insbesondere etwa 200 µm.
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Die Ausnehmung 9 im Gehäusegrundkörper 4 ist in Form eines Pyramidenstumpfes ausgestaltet. An die Ausnehmung 9 begrenzenden, dem Halbleiterchip 3 zugewandten Kanten des Gehäusegrundkörpers 4 kann, bedingt durch ein Stanzen oder Prägen der Anschlussstücke 2a, 2b der Gehäusegrundkörper 4 stellenweise direkt der vom Halbleiterchip 3 emittierten Strahlung ausgesetzt sein, siehe . Der Flächenanteil des Gehäusegrundkörpers 4, der der Strahlung ausgesetzt ist, ist allerdings gering und beträgt weniger als 10 %. Die mechanische Verbindung zwischen den Anschlussstücken 2a, 2b und somit dem Abschirmkörper 5 und dem Gehäusegrundkörper 4 erfolgt großflächig über die von der Strahlung abgeschirmten Flächen des Gehäusegrundkörpers 4.
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Die Gefahr eines Ablösens oder einer Delamination des Gehäusegrundkörpers 4 vom Abschirmkörper 5 beziehungsweise von den Anschlussstücken 2a, 2b ist dadurch stark herabgesetzt.
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In 4B ist schematisch dreidimensional die Montageseite 10 des Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Mehr als 50 % der Montagefläche 10 sind durch die Anschlussstückunterseiten 20 der Anschlussstücke 2a, 2b gebildet. Hierdurch ist ein großflächiger Wärmekontakt zu einem nicht gezeichneten, nicht zum Halbleiterbauteil 1 gehörigen externen Träger gewährleistet.
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Optional kann an der der Montagefläche 10 abgewandten Seite des Abschirmkörpers 5 eine Abdeckplatte 6 aufgebracht sein, siehe 4A und 4D. Die Abdeckplatte 6 ist beispielsweise aufgeprägt, aufgeklebt oder aufgelötet. Der Abdeckplatte 6 können Beimengungen in Form von Filter-, Absorptions-, Diffusions- oder Konversionsmitteln beigegeben sein. Ebenso ist es möglich, dass die Abdeckplatte 6 beispielsweise eine Antireflexbeschichtung umfasst.
